핵과 퍼옥시좀으로는 신호분자가 절단 안되고 단백질이 유입되는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 미토콘드리아와 엽록체와는 다르게 핵과 퍼옥시좀으로는 신호분자가 절단 안되고 단백질이 유입되는 이유가 무엇인가요?
결론부터 말씀드리면 단백질이 막을 통과하는 방식이 다르기 때문입니다.
미토콘드리아와 엽록체로 들어가는 단백질은 풀린 상태로 막을 통과하며, 표적 신호는 단백질이 올바른 위치에 도달했음을 확인한 후 절단됩니다. 그리고 이 절단은 단백질이 정상적인 3차 구조로 접히는 것을 돕는 역할을 합니다.
반면, 핵과 퍼옥시좀으로 들어가는 단백질은 3차 구조를 유지한 상태로 막을 통과합니다. 이들 기관의 단백질 수송 시스템은 단백질의 전체적인 구조를 인식하고 운반하기 때문에, 신호 서열을 절단할 필요가 없는 것이죠. 이는 단백질의 기능에 필수적인 구조를 유지하기 위해서입니다.
핵과 퍼옥시좀으로 단백질이 유입될 때 신호 분자가 절단되지 않는 이유는 이들 소기관으로 단백질을 운반하는 기전이 미토콘드리아나 엽록체와 다르기 때문입니다. 미토콘드리아와 엽록체는 막을 경계로 단백질이 완전히 풀린 상태로 이동하며, 이 과정에서 신호 펩타이드가 절단됩니다. 반면, 핵은 핵공을 통해 단백질이 접힌 상태 그대로 통과하며, 퍼옥시좀은 특수한 수용체-샤페론 시스템을 통해 단백질이 접힌 상태로 막을 통과합니다. 따라서 신호 펩타이드가 단백질을 운반하고 나서도 다시 재사용될 필요가 있기에 절단되지 않고 그대로 남아있습니다.
안녕하세요. 안상우 전문가입니다.
핵과 퍼 옥시즘의 신호분자의 경우에는 핵막을 통과해서 들어오는 것이 아닙니다. 외부에 있는 수용체의 신호 분자가 부착을 하게 되면 내부의 특정 경로를 따라 신호가 전달되게 됩니다.
이 신호는 세포 내에서 증폭되고 연쇄적인 반응을 일으키며 신호전달 물질이 유발한 결과를 나타내게 됩니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
핵과 퍼옥시좀은 접혀있는 단백질이 선택적으로 통과할 수 있는 수용체-채널 시스템을 갖고있습니다. 그래서 신호 서열이 절단되지않고, 그대로 유지됩니다.
예를들어서 핵공복합체는 단백질의 핵위치신호를 인식하고, 왕복수송을 가능하게합니다.
또한 퍼옥시좀도 신호서열이 수송수용체에의해 인식되서 단백질이 접힌상태로 들어갑니다.
반면에 미토콘드리아-엽록체는 N-말단 신호펩타이드가 절단된 후 폴딩이 일어나는 방식을 사용하기떄문에 절단여부의 차이는 단백질 수송경로와 폴딩방식의 차이에따라 달라집니다.
감사합니다.
안녕하세요.
네, 질문주신 것처럼 미토콘드리아와 엽록체로 단백질이 유입될 때에는 신호분자가 절단되지만 핵과 퍼옥시좀으로 유입될 경우에는 그렇지 않은 이유는 세포 소기관의 단백질 수송 방식과 단백질 신호서열 처리 방식의 차이에서 비롯된 것인데요 우선 핵(nucleus), 퍼옥시좀(peroxisome), 미토콘드리아, 엽록체는 모두 세포질에서 합성된 단백질을 받아들이지만, 그 과정이 조금씩 다릅니다. 미토콘드리아·엽록체에서 신호서열이 절단되는 이유는 미토콘드리아와 엽록체는 이중막 소기관으로, 세포 내 단백질 수송에서 막을 통과(translocation)해야 내부로 들어가는데 이때 단백질은 풀린(denatured, unfolded) 상태로 막 통로를 통과하며, 내부로 들어온 뒤 다시 접히게 됩니다. 이때 수송이 끝난 후에는 원래 필요했던 N-말단 신호서열(타깃팅 펩타이드) 가 더 이상 쓸모가 없기 때문에 전용 펩티다아제에 의해 절단되며 따라서 미토콘드리아/엽록체 단백질들은 보통 성숙 단백질(mature protein) 상태에서 신호서열이 없는 형태로 존재합니다. 반면에 핵에서 신호분자가 절단되지 않는 이유는 핵 단백질의 수송은 핵공복합체(nuclear pore complex, NPC) 를 통해 이루어지는데, 이 경우 단백질이 접힌(native folded) 상태 그대로 들어가며, 수송 과정에서 막을 뚫지 않고 NPC를 통과합니다. 핵 위치 신호(NLS, nuclear localization signal)는 짧은 아미노산 서열로, 단백질이 계속해서 핵으로 드나들 때마다 필요하며 따라서 NLS는 절단되지 않고 단백질 내에 영구적으로 유지되는 것입니다. 실제로 많은 전사인자, 조절 단백질들이 세포 상태에 따라 핵-세포질 사이를 오가는데, 이때 신호서열이 보존되어야 합니다.
또한 퍼옥시좀에서 신호분자가 절단되지 않는 이유는 퍼옥시좀 단백질 수송 역시 막을 통과하는 것이 아니라 특수한 수송 기작을 통해 접힌 상태의 단백질이 들어가는데, 대표적으로 PTS1(Peroxisomal targeting signal 1, C-말단의 SKL 서열)이나 PTS2(N-말단 서열)가 있습니다. 이 신호들은 수송 리셉터 단백질이 인식하여 단백질을 퍼옥시좀 내부로 옮기는 데 사용되는데, 내부에 들어온 후에도 절단되지 않고 유지됩니다. 이유는 핵과 마찬가지로, 퍼옥시좀 단백질의 위치 인식 및 기능 조절에 이 서열이 계속 필요하기 때문입니다. 감사합니다.